Mineralogical crystallography II. - MG431P64

• Title: Mineralogická krystalografie II.
• Czech title: Mineralogická krystalografie II.
• Guaranteed by: Institute of Geochemistry, Mineralogy and Mineral Resources (31-430)
• Faculty: Faculty of Science
• Actual: from 2019
• Semester: summer
• E-Credits: 4
• Examination process: summer s.:
• Hours per week, examination: summer s.:2/1, C+Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech
• Note: enabled for web enrollment
• Guarantor: RNDr. František Laufek, Ph.D.
• Teacher(s): RNDr. František Laufek, Ph.D.; Mgr. Jakub Plášil, Ph.D.

Annotation

English

Last update: doc. RNDr. Jiří Zachariáš, Ph.D. (05.02.2019)

The course will provide an introduction into the structure of minerals and inorganic compounds (the solid state
compounds in general). The types of chemical bonds, atomic coordinations, isomorphism, polymorphism and
defects of crystal structures will be discussed. The basic structure types and their derivatives will be presented. An
introduction to the bond-valence theory will be made and it will be shown how the theory can be used for
description of crystal structures of minerals and inorganic compounds..

Czech

Last update: Mgr. Jakub Plášil, Ph.D. (20.10.2015)

Kurz představí základní principy stavby krystalových struktur minerálů a syntetických fází (pevných látek obecně). Diskutovány jsou typy chemické vazby, koordinace atomů, izomorfie, polymorfie a defekty krystalových struktur. Jsou představeny vybrané základní strukturní typy a struktury od nich odvozené, hierarchizace a kategorizace krystalových struktur. Je nastíněn úvod do bond-valenční teorie a její využití při popisu krystalových struktur minerálů a anorganických sloučenin.

Literature

English

Last update: Mgr. Jakub Plášil, Ph.D. (20.10.2015)

Brown, I.D. (2002) The Chemical Bond in Inorganic Chemistry. The Bond Valence Model. Oxford University Press, Oxford, UK.

Brown, I.D., Poppelmeier, K.R. (eds) (2014) Bond valences. In: Structure and Bonding, 158, Springer Verlag, Berlin, 262 p.

Giacovazzo, C. (ed) (2011): Fundamentals of Crystallography, Oxford University Press, Oxford, UK.

Chojnacki J. (1979): Základy chemické a fyzikální krystalografie, Academia, ČSSR.

Krivovichev, S.V. (2008) Structural Crystallography of Inorganic Oxysalts. International Union of Crystallography, Monographs on Crystallography, 22, Oxford University Press, Oxford, UK.

Putnis, A. (2003) Introduction to Mineral Sciences. Cambridge University Press. UK.

Žák, L. (1985): Chemická krystalografie II., SPN, Praha.

Requirements to the exam

Last update: doc. RNDr. Jiří Zachariáš, Ph.D. (29.10.2019)

Zápočet:

aktivní účast na 75% cvičení 

Zkouška: 

Znalosti v rozsahu látky probírané na přednáškách a cvičeních. Zkouška probíhá ústní formou. 

Syllabus

English

Last update: Mgr. Jakub Plášil, Ph.D. (20.10.2015)

(i) Types of chemical bonds, lattice energy, atomic and ionic radii, coordination numbers, coordination polyhedra, interstitial sites, deviations from ideal coordination, relationship between structure and morphology.

(ii) General structure rules, Pauling rules (I), structure types, criterions of similarity of the inorganic structures, isomorphism and its factors, polymorphism, polytypism.

(iii) Crystal structures based on closed-packed arrangement, structures with complex anions, symmetrical relationships between crystal structures, homologous and polysomatic series, phase transition in solid-state compounds.

(iv) Chemical composition of minerals, calculations of empirical formulae, defects of crystal structures.

(v) Pauling rules (II), ionic and electrostatic model of crystal structures (short-range/long-range effects, Kirchhoff equations, ionic flux).

(vi) "Bond-valence theory", bond-length vs. bond-strength, basic rules (the valence sum rule, the loop rule and their equivalents in the solid-state physics), importance of bond-valences in mineralgy, validation of crystal structures, stereochemistry of oxysalts and minerals. Lewis acid and Lewis base, their strenghts and relation to the electronegativity. The "valence-matching principle" and its application for studies of minerals and inorganic compounds. Relation between coordination number and the bond-strength.

(vii) Hydrogen bond in solid-state. Basic description, types of coordination of H₂O molecules in solid-state, the stability of H-bonds and stability of particular minerals with H-bonds in their structures. Entering of H⁺ into to nominally anhydrous minerals and it implications. Steric and lattice-induced strain, Jahn-Teller effect, distortion of crystal structures.

(viii) Izomerism, polytypism, polymorphism from the point of view of the bond-valence theroy. Structural hierarchy and categorization of crystal structures.

Czech

Last update: Mgr. Jakub Plášil, Ph.D. (20.10.2015)

(i) Typy chemické vazby, energie krystalové mřížky, atomové a iontové poloměry, koordinační čísla, koordinační polyedry, intersticiální pozice, odchylky od ideální koordinace, vztahy mezi strukturou a morfologií krystalů.

(ii) Obecné zásady stavby krystalových struktur, Paulingova pravidla (1. část), strukturní typy, kritéria podobnosti anorganických struktur, izomorfie a její faktory, polymorfismus, polytypismus.

(iii) Struktury založené na nejtěsnějším uspořádání, struktury s komplexními anionty, vztahy v symetrii mezi krystalovými strukturami, homologické a polysomatické řady, fázové přechody v pevných látkách.

(iv) Chemické složení minerálů, výpočty empirických vzorců, defekty krystalových struktur.

(v) Paulingova pravidla (2.část), iontový a elektrostatický model (short-range/long-range effects, Kirchhoffovy zákony, ionic flux).

(vi) "Bond-valence theory", korelace mezi délkou a silou vazby, základní pravidla (valence sum rule a loop rule a jejich ekvivalenty), význam bond-valencí v mineralogii, validace krystalových struktur, aplikace na stereochemii kyslíkatých minerálů a další aplikace (např. rozpustnost). Lewisova kyselina (Lewis acid) a Lewisova zásada (Lewis base), jejich síla a vztah k elektronegativitě daného prvku. Pojem "valence-matching principle" a jeho aplikace pro studium pevných látek. Vztah mezi koordinačním číslem a sílou vazby.

(vii) Vodíková vazba v pevné fázi. Základní popis, typy koordinací molekul H₂O v pevné fázi, stabilita těchto vazeb a stabilita daných minerálů. Vstup H⁺ do nominálně bezvodých minerálů a implikace. "Steric a lattice-induced strain", Jahn-Tellerův efekt, distorze krystalových struktur.

(viii) Izomerie, polytypismus, polymorfie z pohledu bond-valenční teorie. Strukturní hierarchie a kategorizace krystalových struktur.